丁彥龍,馬廣平,付 靜,曹 怡,姜俊江

(1.鹽道街中學(xué)，四川 成都 610000；2.四川大學(xué) 錦江學(xué)院，四川 眉山 620800)

“普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)”增加了“用手機(jī)傳感器測加速度”的活動(dòng). 目的是讓學(xué)生從手機(jī)加速度傳感器測出的曲線直觀地認(rèn)識(shí)物體的運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神. 本文介紹了手機(jī)加速度傳感器的使用方法和小組實(shí)驗(yàn)探究過程，為教師的實(shí)際教學(xué)過程提供參考.

1 智能手機(jī)傳感器

智能手機(jī)有多種傳感器，可以檢測光、聲、磁場、力等各類非電信號(hào)，對周圍環(huán)境的力、熱、聲、電磁等物理量進(jìn)行從簡單到復(fù)雜的測量，并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，供實(shí)驗(yàn)者分析[1]. 軟件工作界面如圖1

所示，實(shí)驗(yàn)借助加速度傳感器軟件(Accelerometer)探測3個(gè)方向(x,y,z)的加速度隨時(shí)間的變化，實(shí)驗(yàn)設(shè)置f=20 Hz，加速度的方向沿z方向，如圖2所示.

圖2 手機(jī)傳感器x,y,z定位方式

2 利用手機(jī)加速度傳感器開展實(shí)驗(yàn)探究

實(shí)驗(yàn)裝置見圖3，在氣墊導(dǎo)軌的滑塊上安裝智能手機(jī)，細(xì)線一端在滑塊上，另一端掛上鉤碼.

圖3 探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖

用天平測得滑塊的質(zhì)量為206.4 g，手機(jī)質(zhì)量為144.6 g. 首先保持滑塊和手機(jī)總質(zhì)量不變，改變鉤碼的質(zhì)量，使得合外力依次為0.25，0.50，0.75，1.00 N，探究加速度與力的關(guān)系. 打開氣泵，打開加速度傳感器(Accelerometer)，將Refresh rate調(diào)節(jié)到20 Hz,再點(diǎn)擊Settings，將Remove Gravity開啟點(diǎn)擊，Start measuring記錄開關(guān)，將手機(jī)由靜止釋放. 得到加速度隨時(shí)間變化的圖像如圖4所示，導(dǎo)出數(shù)據(jù)如表1所示，并根據(jù)數(shù)據(jù)在Excel中畫圖如圖5所示.

圖4 加速度隨時(shí)間變化圖像圖

F/Na/(m·s-2)123 a/(m·s-2)0.250.6430.6420.6620.6490.501.2761.3551.4161.3490.751.7201.8291.7841.7781.002.5462.6072.5672.57

圖5 質(zhì)量一定的情況下加速度與力的關(guān)系

滑塊與小車沿y方向運(yùn)動(dòng)，所以圖4中紅顏色代表加速度的變化情況，通過圖像可以看出加速度在0.55～0.60 s之間保持不變，說明滑塊在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過圖5繪出的a-F圖像可以得出當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)加速度與力成正比.

保持鉤碼質(zhì)量m=0.25 kg不變，即保持F=0.25 N不變，在滑塊上加重物改變滑塊和手機(jī)的總質(zhì)量，重復(fù)之前的操作，得到加速度隨時(shí)間變化的圖像如圖6所示，導(dǎo)出數(shù)據(jù)如表2所示，并根據(jù)數(shù)據(jù)在Excel中畫圖如圖7所示.

滑塊與小車沿y方向運(yùn)動(dòng)，所以圖6中紅顏色代表加速度的變化情況，通過圖像可以看出加速度在0.57～0.60 s之間保持不變，說明滑塊在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過圖7繪出的a-1/M圖像可以得出當(dāng)力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比.

圖6 加速度隨時(shí)間變化圖像圖

M/kg1M/kg-1a/(m·s-2)123a/(m·s-2)0.3512.8491.2761.3551.1941.2750.3712.6951.1971.1921.1171.1690.3912.5581.0381.0320.9961.0220.4412.2680.9010.9040.8800.895

圖7 質(zhì)量一定的情況下加速度與力的關(guān)系

3 結(jié)束語

智能手機(jī)的快速發(fā)展助推了教育技術(shù)的革新，正改變著廣大教師教育教學(xué)的手段與思路. 用手機(jī)傳感器探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)誤差較小，圖像清晰，可操作性強(qiáng). 實(shí)驗(yàn)過程包括數(shù)據(jù)的采集與處理、圖像的認(rèn)識(shí)等，鍛煉了學(xué)生分析問題、提取數(shù)據(jù)的能力. 除了智能手機(jī)傳感器外，實(shí)驗(yàn)還有很多應(yīng)用APP如根據(jù)拍攝物體運(yùn)動(dòng)視頻，分析物體位置、速度、加速度的軟件Video Physics、智能手機(jī)物理虛擬實(shí)驗(yàn)室、手機(jī)制作微課的APP“微課寶”、Course maker等. 隨著5G技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，智能手機(jī)在教學(xué)中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛.